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스티브 박 교수, 유기반도체 결정크기 10배 성장 기술 개발
〈 이정찬 석사과정, 스티브 박 교수, 김진오 박사과정 〉
우리 대학 신소재공학과 스티브 박 교수 연구팀이 유기반도체 결정의 크기를 성장시키고 제어할 수 있는 기술을 개발했다.
이는 무기고분자 재료를 이용해 마이크로미터 크기 수준의 구조물을 제작한 뒤 용액전단법이라는 공정과 결합하는 기술로, 용액 기반의 프린팅 공정에서 유기반도체 결정의 성장 과정을 미세하게 제어함으로써 정밀하고 균일한 대면적 크기의 유기반도체 박막 제조의 기반 기술이 될 것으로 기대된다.
김진오 박사과정, 이정찬 석사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 7월 16일자 표지논문에 선정됐다. (논문명 : Inorganic Polymer Micropillar-Based Solution Shearing of Large-Area Organic Semiconductor Thin Films with Pillar-Size-Dependent Crystal Size, 필러 크기에 따른 유기반도체 결정 크기 성장 가능한 무기고분자 마이크로 필러 기반 용액전단법)
유기반도체는 용액을 이용한 프린팅 공정이 가능하다는 점에서 큰 주목을 받고 있다. 저가 및 대면적 제작이 가능하고 유연한 전자 소자 제작이 가능하기 때문에 다양한 연구가 지속되고 있다.
유기반도체 성능의 지표인 이동도(Mobility)는 유기반도체의 결정성, 결정의 성장방향, 결정의 크기 등의 영향을 받는다. 유기반도체의 결정성이나 결정방향을 제어하기 위한 연구는 많이 발전됐지만 결정 크기를 성장시킬 수 있는 기술은 부족한 상황이다.
최근에는 유기반도체의 균일한 박막을 만들기 위한 기술이 발전되고 있는데 잉크젯 프린팅, 딥 코팅, 그리고 용액전단법이 대표적인 기술이다.
그러나 기존의 프린팅 공정은 용액의 흐름을 적절히 통제하지 못한 상태에서 용매의 증발이 무작위로 발생하기 때문에 결정 크기가 큰 유기반도체를 제작하는 데 어려움이 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 유기용매에 내성을 갖는 무기 고분자 재료를 이용해 다양한 형태의 전단판을 제작한 후 이를 용액전단 기술에 결합했다.(용액전단법: 기판과 전단판 사이에 용액을 주입하고 일정 속도로 전단판을 이동시켜 한 방향으로 정렬된 균일한 유기반도체 박막 제작이 가능한 프린팅 기술)
무기 고분자 재료는 유연하고 유기용매에 대한 내성을 갖고 있기 때문에 유기반도체를 이용한 프린팅 공정에 적합하다. 또한 기존의 실리콘 재료 기반의 전단판 제조 공정을 간단한 소프트리소그래피 공정으로 대체할 수 있다.
연구팀은 일렬 형태로 배열된 사각형 모양의 마이크로미터 크기 구조물을 이용해 용액이 균일한 굴곡을 가지며 기판에 맺히도록 조절했다. 이를 통해 용매의 증발 속도를 조절해 핵 생성이 일어나는 지점을 정밀하게 통제했다.
여기서 마이크로 구조물의 크기를 변화시키며 유기반도체 결정의 크기를 성장시키는 데 성공했고, 그 결과로 반도체 소자의 성능이 함께 향상됨을 확인했다.
스티브 박 교수는 “무기고분자 재료를 결합한 용액전단법은 프린팅 공정에서 정밀한 제어가 가능하다”며 “유기반도체 뿐 아니라 다른 재료를 이용한 균일 박막 제조가 가능한 원천 기술을 확보했다는 의미를 갖는다”고 말했다.
이번 연구는 한국산업기술평가관리원이 추진하는 센서산업고도화 전문기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 무기고분자를 이용한 마이크로 필러 구조의 용액전단법(어드밴스드 머티리얼즈 7월호 표지)
2018.08.03 조회수 9775 -
OLEV, 2010년 최고 발명품중 하나로 선정
우리학교 온라인전기자동차가 세계의 주목을 받았다.
미국의 유명 주간지 「타임(Time)」誌는 KAIST 온라인전기자동차(Online Electric Vehicle, OLEV)를 2010년 세계 최고 발명품 중 하나로 선정했다. 「타임」은 11월 22일자 특집란에서 ‘2010년 전 세계에 소개된 최고 발명품 50개’를 선정해 리스트를 발표했다.
리스트는 올 한 해 동안 일반 대중에게 알려진 혁신 과학기술 제품이나 예술작품을 기술(technology), 수송(transportation), 건강 및 의료(health & medicine), 생명공학(bioengineering), 녹색에너지(green energy), 의류(clothing), 로봇/소프트웨어(robot/software), 군수용품(military), 기타(miscellaneous), 전문가 선정(expert picks) 등으로 나누어 소개하고 있다.
온라인전기자동차는 수송부문에서 버스를 비롯한 교통수단의 전기차 상용화를 앞당길 수 있는 녹색기술로 소개되었다. 다음은 기사 전문.
“사진에 소개된 기차는 텔레비전 프로그램의 ‘소울 트레인’이 아니다. 서울에 있는 많은 버스는 전기를 이용해 달릴 날이 멀지 않을 것 같다. KAIST에서는 도로에 매설된 전선에서 발생하는 자기장을 전력으로 전환, 무선으로 차량에 전송하는 전기차를 연구하고 있다. 서울 남쪽에 위치한 과천의 서울대공원에서 시운전을 선보이고 있는 온라인전기자동차는 세계에서 유일한 무선 전기자동차다. 온라인전기자동차 기술은 (현재 시중에 나온 전기차의 배터리보다 더 작은) 5분의 1 크기, 3분의 1 가격대의 배터리를 장착한 전기차 개발을 가능하게 만들 것이라고 KAIST 연구원들은 말했다.”
‘타임’지가 선정한 ‘올 해 세계 최고 50개 발명품’의 하나로 소개된 KAIST 온라인전기자동차는 한국의 대학에서도 얼마든지 세계 과학기술계 흐름을 주도할 수 있는 ‘혁신원천기술개발’이 가능하다는 것을 보여주고 있다는 점에서 시사하는 바가 크다. 뿐만 아니라, 온라인전기자동차가 대학 내에서 이루어지고 있는 ‘대담한 과학 실험’에만 그치지 않고 ‘상용화’가 가능한 모델로 소개됨으로써 이윤을 창출할 수 있는 ‘기술’로 그 가치를 인정받는 점도 주목할 만하다.
지난 2009년 이명박 정부는 지식경제시대 한국의 경제를 이끌어 나갈 신성장 동력원으로서 ‘녹색성장기술개발을 위한 혁신연구사업’의 하나로 KAIST의 온라인전기자동차사업을 선정했다. 정부의 지속적인 성원과 투자로 개발에 착수한 지 1년만인 올 3월, KAIST는 과천 서울대공원에 온라인전기자동차의 첫 시범 모델을 선보였다.
과천에 있는 온라인전기자동차는 국내 언론은 물론, ‘CNN’ ‘뉴욕타임즈’ ‘USA Today’ ‘로이터’ ‘AFP’ ‘The Times’ ‘산케이신문’ ‘신화통신’ 등 해외 유수 언론에 소개되었으며, 오는 12월에는 ‘Discovery Channel’의 과학 프로그램인 ‘Into the Future’에서 ‘차세대 친환경 교통수단’으로 소개될 예정이다.
아울러, 지난주 폐막된 ‘G20 정상회의’에서 KAIST는 온라인전기자동차 홍보관을 마련하고 회의 참석자들에게 한국에서 개발한 세계 최초, 최고의 친환경 녹색교통기술을 선보여 큰 호응을 받았다.
이 밖에도 시몬 페레스(Shimon Peres) 이스라엘 대통령, 라스 라스무슨(Lars Rasmussen) 덴마크 총리, 아덴 베멘트(Arden L. Bement Jr.) 전 美국립과학재단(NSF) 총재, 국제자동차공학회(SAE International) 앤드류 브라운(Andrew Brown) 회장 등의 저명인사가 온라인전기자동차를 둘러보고 갔다. KAIST가 주최한 ‘2010 전기자동차 국제포럼(IFEV 2010)’에 참석했던 브라운 회장은 온라인전기자동차 시승 후, “새로운 전기차의 모델을 구상하고 있는 KAIST의 대담한 연구 시도와 상용화가 가능한 수준의 기술 개발력에 깊은 인상을 받았다”고 시승 소감을 밝히기도 했다.
※ 타임즈기사 원문
http://www.time.com/time/specials/packages/article/0,28804,2029497_2030622_2029703,00.html
2010.11.12 조회수 16848